PSD位置传感器试验报告.docx
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PSD位置传感器试验报告
1004520209谢清楠
实验十PSD位置传感器实验
一、实验目的:
了解PSD光电位置敏感器件的原理与应用
二、基本原理:
PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。
其断面结构如图
10—1所示,表面层P为感光面,在其两边各有一信号输入电极,底层的公共电极是用与加反偏电压。
当光点入射到PSD表面时,由于横向电势的存在,产生光生电流I。
,光生电流就流向两个输出电极,从而在两个输出电极上分别得到光电流I1和I2,显然I。
I1I2。
而I1和I2的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。
假设
PSD表面分流层的阻挡是均匀的,则PSD可简化为图10—2所示的电位器模型,其中R1、R2为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻,显然R、R2正比于光点到两个输出电极间的距离。
入
幡出电恢丸愉出包椒
公共电极
图10-1
图10-2
因为
I1/I2
R2/R1(LX)/(LX)
IoI1I
2
所以可得
I1Io(L
X/2L)
I2Io(L
X/2L)
X(J
IJIo)L
当入射光恒定时,Io恒定,则入射光点与PSD中间零位点距离X与丨2Ii成线性关系,与入射光点强度无关。
通过适当的处理电路,就可以获得光点位置的输出信号。
三、需用器件与单元:
PSD传感器及位移装置、PSD传感器实验模板、主机箱
四、实验步骤:
1观察PSD结构,它有四只管脚,其中有一边为园弧状附近
的管脚加反偏电压Vf,
其对角线部位管脚为空
管脚输出端1
///////
II
//////x
ii,,,.ii
zX7~
输出蠕2加氏僞电压
PSD外形及管脚
脚(如图10—3)。
PSD接线中黑线接Vf端,其中两个为输出端可随意接入。
图10—3
2按图10-4接线,将实验模块的15V和“丄”插孔与主机箱中
的15V稳压电源和“丄”分别相连,再将实验PSD传感器装
置中的半导体激光器的两个插孔与实验模板的激光电源的插孔相应连接。
实验模板的PSD12接PSD传感器的蓝色插孔,vref基准源接PSD传感器的白色插孔,PSDI1接PSD传感器的红色插孔。
3将PSD传感器实验模板单元电路连接起来,即V°1与%接,V°2与
Vi2接(注:
V03、Vi3、Vi4、V05不用接线)V°4与Vi5接,V°6与V接,将实验模板上激光电源的“丄”与15V的“丄”及乂了输出的“丄”连接起来。
将主机箱的电压表接到实验模板的V07
或“丄”上。
半导伟激光F印
图10—4
4.打开主机箱电源,实验模板开始工作。
转动测微头使激光光点在PSDh的位置从一端移向另一端。
此时电压变化可在4V之间,若未达到此值,可调输出增量旋纽Vr3。
5.从PSD一端开始旋转测微头,使光点移动,取X0.5mm,即转
动测微头一转,读取数显表示值。
填入表10—1
表10—1PSD传感器位移值与输出电压值
位移量(mr)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
输出电压(V)
-4.95
-4.77
-4.55
-4.33
-4.18
-4.04
-3.88
-3.74
-3.59
位移量(mr)
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
输出电压(V)
-3.44
-3.29
-3.13
-2.98
-2.84
-2.69
-2.53
-2.38
-2.21
位移量(mr)
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
输出电压(V)
-2.02
-1.85
-1.74
-1.64
-1.54
-1.36
-1.22
-1.05
-0.89
位移量(mr)
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
输出电压(V)
-0.72
-0.58
-0.43
-0.25
-0.07
0.08
0.24
0.40
0.57
位移量(mr)
7.2
7.4
7.6
7.8
8.0
8.2
8.4
8.6
8.8
输出电压(V)
0.74
0.88
1.06
1.22
1.39
1.56
1.73
1.88
2.05
位移量(mr)
9.0
9.2
9.4
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
输出电压(V)
2.20
2.36
2.51
2.68
2.83
2.97
3.13
3.27
3.42
位移量(mr)
10.8
11.0
11.2
11.4
11.6
11.8
12.0
12.2
输出电压(V)
3.58
3.76
3.90
4.05
4.21
4.34
4.46
4.48
输出电压与位移量锂关系
线性误差
答:
模拟曲线为:
y=0.7824x-4.8813
理论值
3.3165
在位移量
x=3mm时,
测得值-
-理论值
2.53(2.5341)
理论值
2.5341
在位移量
x=4mm时,
测得值-
-理论值
1.74(1.7517)
理论值
1.7517
测得值一理论值
0.16%
y=-1.7517,
0.67%
y=-2.5341,
3・29(3.3165)0.8%
五思考题
入射光点大小对测量有什么影响?
光点过大,则会影响测量的灵敏度,同时接收器上可能会产生较大的
误差,导致少许的非线性误差。
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